(57)【要約】水型原子炉のための燃料集合体１は、上流端１ａ、下流端１ｂ、ならびに上流および下流端の間の流動空間２を備える。燃料棒３は、上流および下流端の間の流動空間に設けられる。流動空間は、上流端から下流端へ流れの方向Ｆに沿って燃料集合体を通る冷却材の流れを許容する。フィルタデバイス１９は、冷却材の流れの中のデブリ粒子を捕捉するために設けられる。フィルタデバイスは、冷却材の流れの主要部のための第１のフィルタゾーン２０、および冷却材の流れの非主要部のための第２のフィルタゾーン３０を備える。第１のフィルタゾーンは、第１のフィルタリング効率を有し、第２のフィルタゾーンは、第２のフィルタリング効率を有する。第２のフィルタリング効率は、第１のフィルタリング効率より高い。【選択図】図１
2019529892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水型原子炉中に配置されるように構成された燃料集合体（１）であって、前記燃料集合体（１）は、
上流端（１ａ）、
下流端（１ｂ）、
前記上流端（１ａ）と前記下流端（１ｂ）との間の流動空間（２）、
前記上流端（１ａ）と前記下流端（１ｂ）との間の前記流動空間（２）に設けられた複数の燃料棒（３）であって、前記流動空間（２）は、前記燃料棒（３）と接触して前記上流端（１ａ）から前記下流端（１ｂ）へ流れの方向（Ｆ）に沿って前記燃料集合体を通る冷却材の流れを許容するように構成された、複数の燃料棒（３）、
冷却材の前記流れの中のデブリ粒子を捕捉するように構成されたフィルタデバイス（１９）、
を備え、
前記フィルタデバイス（１９）は、前記上流端（１ａ）と前記燃料棒（３）との間の冷却材の前記流れの中に設けられた第１のフィルタゾーン（２０）、および第２のフィルタゾーン（３０）を備え、
前記第１のフィルタゾーン（２０）は、冷却材の前記流れの少なくとも一部が流路（２３）を通して前記下流端（１ｂ）の方へ前記第１のフィルタゾーン（２０）を通過するよう導くように配置された複数の前記流路（２３）を備え、
前記第２のフィルタゾーン（３０）は、冷却材の前記流れの多くても一部が流路（３３）を通して前記下流端（１ｂ）の方へ前記第２のフィルタゾーン（３０）を通過するよう導くように配置された複数の前記流路（３３）を備え、
前記第１のフィルタゾーン（２０）は、第１のフィルタリング効率を有し、前記第２のフィルタゾーン（３０）は、第２のフィルタリング効率を有し、
前記第２のフィルタリング効率は、前記第１のフィルタリング効率より高いことを特徴とする、
燃料集合体（１）。
【請求項２】
前記第２のフィルタゾーン（３０）は、前記第２のフィルタゾーン（３０）が目詰まりすることを許容する寸法に作られ、前記第１のフィルタゾーン（２０）は、たとえ冷却材が前記第２のフィルタゾーン（３０）を通過しなくても、前記第１のフィルタゾーン（２０）を通る冷却材の十分な流れを確保するように構成された、請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項３】
前記フィルタデバイス（１９）は、冷却材の前記流れの多くても非主要部を前記第２のフィルタゾーン（３０）を通して導くように前記流動空間（２）に設けられた、請求項１または２のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項４】
前記フィルタデバイス（１９）は、冷却材の前記流れの少なくとも主要部を前記第１のフィルタゾーン（２０）を通して導くように前記流動空間（２）に設けられた、請求項３に記載の燃料集合体。
【請求項５】
前記第１のフィルタゾーン（２０）は、前記上流端（１ａ）の方を向いた流入端（２１）、および流出端（２２）を備え、冷却材の前記流れの前記少なくとも一部が前記流入端（２１）から前記流出端（２２）へ前記流路（２３）を通して前記第１のフィルタゾーンを通過するよう導くように配置され、
前記第２のフィルタゾーン（３０）は、前記上流端（１ａ）の方を向いた流入端（３１）、および流出端（３２）を備え、冷却材の前記流れの前記多くても一部が前記流入端（３１）から前記流出端（３２）へ前記流路（３３）を通して前記第２のフィルタゾーン（３０）を通過するよう導くように配置された、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項６】
前記第１のフィルタゾーン（２０）および前記第２のフィルタゾーン（３０）は、隣り合わせに設けられた、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項７】
前記フィルタデバイス（１９）は、冷却材の流れ全体を前記第１のフィルタゾーン（２０）を通して導くように前記流動空間（２）に設けられた、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項８】
前記第２のフィルタゾーン（３０）は、前記第１のフィルタゾーン（２０）からある距離をおいて設けられた、請求項７に記載の燃料集合体。
【請求項９】
前記第２のフィルタゾーン（３０）は、前記第１のフィルタゾーン（２０）の下流に設けられた、請求項８に記載の燃料集合体。
【請求項１０】
前記第２のフィルタゾーン（３０）は、前記第１のフィルタゾーン（２０）の上流に設けられた、請求項８に記載の燃料集合体。
【請求項１１】
前記第１のフィルタゾーン（２０）の前記流路（２３）の各々は、第１の流れの面積を画定し、前記第２のフィルタゾーン（３０）の前記流路（３３）の各々は、前記第１のフィルタ面積より小さい、第２の流れの面積を画定する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項１２】
前記第１のフィルタゾーン（２０）の前記流路（２３）の各々は、流入端（２１）から流出端（２２）への第１の流路長（Ｌ２）を画定し、前記第２のフィルタゾーン（３０）の前記流路（３３）の各々は、流入端（３１）から流出端（３２）への第２の流路長（Ｌ３）を画定し、その第２の流路長（Ｌ３）は、前記第１の流路長（Ｌ２）より長い、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項１３】
前記第１のフィルタゾーン（２０）は、第１の圧力損失係数ξ１を有し、前記第２のフィルタゾーン（３０）は、第２の圧力損失係数ζ２を有し、前記第２の圧力損失係数ζ２は、前記第１の圧力損失係数ξ１より大きい、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項１４】
前記第１のフィルタゾーン（２０）は、第１の流れの面積Ａ１を有し、前記第２のフィルタゾーン（３０）は、第２の流れの面積Ａ２を有し、前記第１の流れの面積Ａ１は、前記第２の流れの面積のＡ２より大きい、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項１５】
前記フィルタデバイス（１９）は、前記第２のフィルタゾーン（３０）の前記流路（３３）を通して流れるデブリ粒子を引き付けるべく前記第２のフィルタゾーン（３０）の少なくともいくつかの前記流路（３３）上に磁界を作り出すために設けられた磁性部材（３５）を備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項１６】
前記第１のフィルタゾーン（２０）および前記第２のフィルタゾーン（３０）の前記流路（２３、３３）は、隣り合わせに配置されて、前記流れの方向（Ｆ）に沿うように向けられた複数のシート（２４、３４）によって形成され、前記第１のフィルタゾーン（２０）の隣接したシート（２４）は、前記第２のフィルタゾーン（３０）の隣接したシート（３４）より互いに大きい距離をおいて設けられた、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料集合体。
【請求項１７】
各シート（２４，３４）は、前記流入端（２１、３１）から延びる、第１の部分（２６、３６）、前記流出端（２２、３２）から延びる、第２の部分（２７、３７）、および前記第１の部分（２６、３６）と前記第２の部分（２７、３７）との間に延びる、第３の部分（２８、３８）を備え、各シート（２４、３４）は、前記第１の部分（２６、３６）に沿って前記流れの方向（Ｆ）に対して横方向に延びる波形を有し、前記第３の部分（２８、３８）に沿って前記流れの方向（Ｆ）に延びる波形を有する、請求項５および１６に記載の燃料集合体。
【請求項１８】
各シート（２４、３４）は、前記第２の部分（２７、３７）に沿って前記流れの方向（Ｆ）に対して横方向に波形を有する、請求項１７に記載の燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水型原子炉（ｎｕｃｌｅａｒ  ｗａｔｅｒ  ｒｅａｃｔｏｒ）、特に、原子力発電所の重水型原子炉または軽水型原子炉ＬＷＲ（ｌｉｇｈｔ  ｗａｔｅｒ  ｒｅａｃｔｏｒ）、例えば、沸騰水型原子炉ＢＷＲ（ｂｏｉｌｉｎｇ  ｗａｔｅｒ  ｒｅａｃｔｏｒ）、もしくは加圧水型原子炉ＰＷＲ（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  ｗａｔｅｒ  ｒｅａｃｔｏｒ）中に配置されるように構成された燃料集合体に関する。
【０００２】
より正確には、本発明は、水型原子炉中に配置されるように構成された燃料集合体に関し、燃料集合体は、上流端、下流端、複数の燃料棒であって、上流端と下流端との間に設けられた燃料棒、燃料集合体の燃料棒間および上流端と下流端との間の流動空間であって、燃料棒と接触して上流端から下流端へ流れの方向に沿って燃料集合体を通る冷却材の流れを許容するように構成された流動空間（ｆｌｏｗ  ｉｎｔｅｒｓｐａｃｅ）、上流端と燃料棒との間の冷却材流中に設けられ、冷却材流中のデブリ粒子を捕捉するように構成されたフィルタデバイスを備える。
【背景技術】
【０００３】
かかる燃料集合体は、特許文献１から既知である。既知の燃料集合体は、上流端と燃料棒との間の冷却材中に設けられて、冷却材流中のデブリ粒子を捕捉するように構成されたフィルタデバイスを備える。フィルタデバイスは、冷却材のための複数の貫通孔と冷却材のための大きなバイパス孔とを備える。特許文献１に示される一例では、第２のフィルタリング部材が複数の貫通孔およびバイパス孔の下流に設けられる。
【０００４】
水型炉（ｗａｔｅｒ  ｒｅａｃｔｏｒ）における冷却材の目的は、原子力発電所の水型原子炉における冷却流体および減速材として機能することである。燃料の適切な冷却および中性子の適切な減速を確実にするために、燃料集合体を通る冷却材の流れを確保することが重要である。
【０００５】
フィルタデバイスの一般的な目的は、冷却材中のデブリ粒子を捕捉し、結果として、燃料集合体中の高い方の位置に、特に、デブリ粒子が燃料棒の被覆上にフレッティングを生じさせかねないスペーサ中に、デブリ粒子が捕捉されるのを防ぐことである。フレッティング（ｆｒｅｔｔｉｎｇ）は、一次欠陥、被覆を通る小孔と、より遅い段階での二次欠陥、すなわち、ウランを冷却材中へ漏洩させかねない燃料棒の破損とをもたらすことがある。二次欠陥のケースでは、原子炉の運転を中断して、故障した燃料棒を交換しなければならない。かかる交換は、時間のかかり、高額である。冷却材中のデブリ粒子は、もちろん、原子力発電所における他の構成部分、例としてポンプにも欠陥を生じさせかねない。
【０００６】
今日市場に出され、販売される燃料集合体に搭載されるフィルタデバイスは、決められた最小サイズを有するデブリ粒子を捕捉する寸法に作られる。この最小サイズは、スペーサによって捕捉されるためにデブリ粒子が有し、フレッティングをもたらす顕著なリスクを構成しうる最小サイズであると考えられた。
【０００７】
より小さいデブリ粒子は、スペーサによって捕捉されないと考えられている。ここに問題が生じうる。スペーサに捕捉される確率がたとえ非常に低くても、デブリ粒子に対する信頼性のある自然のシンクが原子炉一次系にはなく、それゆえに、デブリが無期限に循環するであろう。通過ごとの経過時間がおよそ１分であり、各通過中にデブリは、約１０個のスペーサを通過する。これが組み合わされると燃料の寿命にわたって数百万の機会になる。それゆえに、発生しうる多くの機会に起因して、厳密にゼロではない低い確率が依然としてリスクを提起する。
【０００８】
異なる種類のデブリ粒子、特に、規則的な形状の粒子、例えば、球状またはほぼ球状の粒子、および不規則な形状の粒子、例えば、ワイヤ、フィラメント、フレークおよびチップを含む細長い粒子がある。
【０００９】
直径が約１ｍｍ超の決められた最小サイズを有する小さい方の球状またはほぼ球状の粒子は、フィルタデバイスを通過することができない。決められた最小サイズより小さい球状粒子は、燃料集合体中、例として、スペーサ中により捕捉されやすい。加えて、かかる小さい球状粒子がスペーサ中に捕捉された場合、粒子は、スペーサ中の位置に固定され、結果として、その粒子が振動しないであろう確率が高い。その結果、球状またはほぼ球状の粒子ではフレッティングのリスクが低い。
【００１０】
ワイヤ、フィラメント、フレークおよびチップを含めて、不規則な形状の粒子、例えば、細長い粒子の方が問題が多い。それらの粒子は、燃料集合体中のスペーサによって捕捉されやすい。その形状に起因して、それらの粒子が捕捉されたときに、冷却材流中で振動し、隣接した燃料棒の被覆のフレッティングをもたらすことがありうる。今日用いられるフィルタ装置は、決められた最小サイズより大きいかかる不規則な形状の粒子、例として、１０ｍｍ超の長さおよび１０分の数ｍｍ超の厚さをもつ細長い粒子を捕捉する必要条件を満たすべきである。長さがより短く、厚さがより薄い細長い粒子は、フィルタデバイスを通過することを許されてよい。
【００１１】
特許文献２は、上流端と燃料棒との間の冷却材の流れの中に設けられて、冷却材流中のデブリ粒子を捕捉するように構成されたフィルタデバイスを備える別の燃料集合体を開示する。フィルタデバイスは、冷却材のための複数の貫通孔を備える。フィルタデバイスの上流には、複数のセルを画定する中心流チャンネルを備えるデブリ保持デバイスがある。デブリ保持装置は、デブリを収集するための漉し板（ｓｔｒａｉｎｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）も備える。漉し板は、冷却材の少しの逆流を許容する微細な穿孔を備える。
【００１２】
特許文献３は、複数の燃料棒、上流端および下流端を備える水型原子炉のための燃料集合体を開示する。燃料棒は、上流端と下流端との間に設けられる。流動空間が燃料棒間および上流端と下流端との間に設けられる。流動空間は、燃料棒と接触して上流端から下流端へ流れの方向に沿って燃料集合体を通る冷却材の流れを許容する。フィルタデバイスが上流端と燃料棒との間の冷却材流中に設けられて、冷却材流中のデブリ粒子を捕捉するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第９８／２８７５２号
【特許文献２】欧州特許第２４８７６９０号
【特許文献３】米国特許第７，１４９，２７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
原子力発電所の安全性をさらに向上させて、一次欠陥のリスクをさらに低減するためには、前記決められた最小サイズより小さいサイズを有するより小さいデブリ粒子、特に、細長い粒子も捕捉すること、または言い換えれば、かかる粒子の無期限の循環を遮断することが重要であろう。
【００１５】
フィルタデバイスがかかるより小さいデブリ粒子のための寸法に作られる場合、しかしながら、フィルタデバイスの目詰まりまたはフィルタデバイスの少なくとも部分的な目詰まりのリスクが増加する。目詰まりまたは部分的な目詰まりは、フィルタデバイスを通しての圧力損失の増加、および燃料集合体を通る冷却材の流れの減少をもたらす。
【００１６】
本発明の目的は、この問題を克服し、結果として、より小さいデブリ粒子、特に、細長い粒子を捕捉することが可能で、フィルタデバイスを通る冷却材の流れを維持することが可能なフィルタデバイスを提供することである。
【００１７】
この目的は、第２のフィルタリング効率が第１のフィルタリング効率より高いことを特徴とする、最初に定義された燃料集合体によって達成される。
【００１８】
かかるフィルタデバイスでは、第２のフィルタゾーンが第１のフィルタゾーンより小さいデブリ粒子を捕捉するように構成される。
【００１９】
それぞれのフィルタゾーンのフィルタリング効率は、それぞれのフィルタゾーンによって捕捉される粒子を、フィルタゾーンの上流で冷却材中に存在する粒子の総数で除した比である。フィルタリング効率は、決められた粒子サイズに、またはすべてのサイズの粒子の総数に基づくことができる。
【００２０】
フィルタデバイスは、デブリ粒子がその中に存在しうる冷却材流がフィルタデバイスを通して循環され、より小さいデブリ粒子は、第２のフィルタゾーンをそれらが最後に通過して捕捉される前に第１のフィルタゾーンを何回も通過することを許されるという原理に基づく。
【００２１】
本発明のある実施形態によれば、第２のフィルタゾーンは、特に、原子炉の運転の決められた期間後に、第２のフィルタゾーンが目詰まりすることを許容する寸法に作られ、第１のフィルタゾーンは、たとえ冷却材が第２のフィルタゾーンを通過しなくても、第１のフィルタゾーンを通る冷却材の十分な流れを確保するように構成される。第１のフィルタゾーンのみを通る流れは、従って、燃料集合体の適切な運転を確保するために十分である。
【００２２】
原子炉を通る冷却材のための循環時間が、例として、１分であり、第２のフィルタゾーンが第１のフィルタゾーンの１０分の１であると考えると、冷却材に導入された粒子は、平均して１０分以内に第２のフィルタゾーンへ到達するであろう。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態によれば、フィルタデバイスは、冷却材の流れの多くても非主要部を第２のフィルタゾーンを通して導くように流動空間に設けられる。従って、第２のフィルタゾーンは、第１のフィルタゾーンより小さいか、またはそれより小さい面積をカバーしてよく、すなわち、第１のフィルタゾーンは、第１のフィルタ面積Ａ１を有し、第２のフィルタゾーンは、第２のフィルタ面積Ａ２を有し、第２のフィルタ面積Ａ２は、第１のフィルタ面積Ａ１より小さい。例として、第２のフィルタゾーンは、フィルタデバイスの全面積の多くても４０％、３０％、２０％、１０％または５％をカバーしてよい。
【００２４】
第２のフィルタゾーンは、従って、冷却材の流れの一部が第２のフィルタゾーンの傍らを通過することを許容するように配置されてよく、より正確には冷却材の流れの一部が流動空間における第２のフィルタゾーンの傍らを通過することを許容するように流動空間に配置されてよい。
【００２５】
本発明のさらなる実施形態によれば、フィルタデバイスは、冷却材の流れのすくなくとも主要部を第１のフィルタゾーンを通して導くように流動空間に設けられる。
【００２６】
本発明のさらなる実施形態によれば、第１のフィルタゾーンは、上流端の方を向いた流入端、および流出端を備え、冷却材の流れの前記少なくとも一部が流入端から流出端へ流路を通して第１のフィルタゾーンを通過するよう導くように配置され、第２のフィルタゾーンは、上流端の方を向いた流入端、および流出端を備え、冷却材の流れの前記多くても一部が流入端から流出端へ流路を通して第２のフィルタゾーンを通過するよう導くように配置される。
【００２７】
本発明のさらなる実施形態によれば、第１のフィルタゾーンおよび第２のフィルタゾーンは、隣り合わせに設けられる。冷却材の流れは、結果として、主要部および非主要部に分けられてよく、主要な部分は、第１のフィルタゾーンを通して導かれ、非主要部は、第２のフィルタゾーンを通して導かれる。主要部および非主要部は、従って、流れの方向に沿って互いに平行に導かれてよい。
【００２８】
本発明のさらなる実施形態によれば、フィルタデバイスは、冷却材の流れ全体を第１のフィルタゾーンを通して導くように流動空間に設けられる。冷却材の流れ全体が、従って、第１のフィルタゾーンを通過してよく、流れの非主要部が第１のフィルタゾーンからある距離を置いて流れの方向に沿って第２のフィルタゾーンも通過する。
【００２９】
本発明のさらなる実施形態によれば、第２のフィルタゾーンは、流れの方向に沿って第１のフィルタゾーンからある距離をおいて設けられる。第２のフィルタゾーンは、上流端と下流端との間の冷却材の流れの中に設けられてよい。
【００３０】
本発明のさらなる実施形態によれば、第２のフィルタゾーンは、第１のフィルタゾーンの下流に設けられる。有利には、第２のフィルタゾーンは、第１のフィルタゾーンと燃料棒との間に設けられてよい。
【００３１】
本発明のさらなる実施形態によれば、第２のフィルタゾーンは、第１のフィルタゾーンの上流に設けられる。有利には、第２のフィルタゾーンは、上流端と第１のフィルタゾーンとの間に設けられてよい。
【００３２】
本発明のさらなる実施形態によれば、第１のフィルタゾーンの流路の各々が第１の流れの面積を画定し、第２のフィルタゾーンの流路の各々が、第１のフィルタ面積より小さい、第２の流れの面積を画定する。
【００３３】
本発明のさらなる実施形態によれば、第１のフィルタゾーンの流路の各々が流入端から流出端への第１の流路長を画定し、第２のフィルタゾーンの流路の各々が流入端から流出端への第２の流路長を画定し、その第２の流路長は、第１の流路長より長い。
【００３４】
本発明のさらなる実施形態によれば、第１のフィルタゾーンは、第１の圧力損失係数ξ１を有し、第２のフィルタゾーンは、第２の圧力損失係数ξ２を有し、第２の圧力損失係数ξ２は、第１の圧力損失係数ξ１より大きい。このことは、燃料集合体が水型原子炉の炉心中に初めて装荷されることになる燃料サイクルの最初から、そして決められた期間にわたる運転後にはより高い度合いで確かである。
【００３５】
本発明のさらなる実施形態によれば、第１のフィルタゾーンは、第１の流れの面積Ａ１を有し、第２のフィルタゾーンは、第２の流れの面積Ａ２を有し、第１の流れの面積Ａ１は、第２の流れの面積のＡ２より大きい。
【００３６】
記載されるすべての実施形態において、第１および第２のフィルタゾーンを２つの平行な流れの経路と見做すことができる。各ケースにおいて、第２のフィルタゾーンは、真に分離した経路であるか、または第１のフィルタゾーンの専用部ともに分離した経路である。両端で接続された２つのかかる平行な経路を通しての圧力損失は、同じでなければならない。このことは、単相乱流について妥当な以下の流れの関係につながり、
【００３７】
【数１】
2019529892.tif 000003
【００３８】
部分的に上述されたように、ｍは、質量流量であり、ξは、圧力損失係数であり、Ａは、流れの面積である。指数１および２は、第１および第２のフィルタ面積を示す。全面積は、Ａ＝Ａ１＋Ａ２となり、全流量は、ｍ＝ｍ１＋ｍ２となる。
【００３９】
従って、Ａ２が１０％であり、ξ２がより高いフィルタリング効率に起因してξ１より４倍大きいことが例となりうるであろう。流れの関係は、従って、０．０５６となり、すなわち、流れの５．６％が第２のゾーンを通り、９４．４％が第１のゾーンを通る。
【００４０】
この関係は、第２のゾーンがデブリによって目詰まりした場合に何が起こるかを示す。圧力損失係数ξ２がそのときには非常に大きくなり、質量流量ｍ２は、ゼロになりやすい。残る質量流量がそのときにはｍ１のみである。水型原子炉の炉心で単一の集合体に目詰まりが起こる場合にはこの影響が最も大きい。多くの集合体が影響を受けた場合に生じるであろう増加したポンプ速度からの補償効果がそのときにはない。限界出力安全性解析では潜在的な冷却材損失の影響が当業者によって考慮されるであろう。
【００４１】
流れの関係から同様に明らかなのは、第２のフィルタゾーンのための流れの面積および設計された圧力損失係数の両方が目詰まりのときの潜在的な流れの損失を決定することである。安全性解析は、どれほど多くを許容できるか、ならびに関連する限界出力性能のリスクを決定するように設計されてよい。
【００４２】
本発明のさらなる実施形態によれば、フィルタデバイスは、第２のフィルタゾーンの流路を通して流れるデブリ粒子を引き付けるために第２のフィルタゾーンの流路の少なくともいくつかに作用するように設けられた磁性部材を備える。
【００４３】
本発明のさらなる実施形態によれば、第１のフィルタゾーンおよび第２のフィルタゾーンの流路は、隣り合わせに配置されて、流れの方向に沿うように向けられた複数のシートによって形成され、第１のフィルタゾーンの隣接したシートは、第２のフィルタゾーンの隣接したシートより互いにより大きい距離をおいて設けられる。かかるフィルタデバイスでは、第１のフィルタリング効率および第２のフィルタリング効率が、それぞれ、隣接したシート間の距離によって決められる。フィルタリング効率は、従って、隣接したシート間の距離を変化させることによって調整されてよい。
【００４４】
本発明のさらなる実施形態によれば、各シートは、流入端から延びる第１の部分、流出端から延びる第２の部分、および第１の部分と第２の部分との間に延びる第３の部分を備え、各シートは、第１の部分に沿って流れの方向に対して横方向に延びる波形を有し、第３の部分に沿って流れの方向に延びる波形を有する。
【００４５】
かかるフィルタデバイスは、比較的薄いシートから製造されてよく、部品、接続部材または同様のものを流路中に必要としないため、低い流れ抵抗を有する。シートの波形のおかげで、隣り合わせに配置されて、冷却水中の粒子の効率的な捕捉を可能にする複数の分離した流路が得られる。特に、冷却材の流れに含まれ、流れの方向に対して実質的に横に延びる広がりを有する細長い粒子は、フィルタデバイスによって第１のフィルタゾーンおよび第２のフィルタゾーンの第１の部分の波形を用いて捕捉されうる。流れの方向に実質的に平行に延びる広がりを有する粒子は、フィルタデバイスによって第１のフィルタリングゾーンおよび第２のフィルタリングゾーンの第３の部分の波形を用いて捕捉されるであろう。互いに垂直な方向へのシートの波形がフィルタに高い強度も与え、従って、フィルタは、自立型に作られてよく、例として、シートの周りに延びるフレームなしに燃料集合体に搭載されてもよい。
【００４６】
本発明のさらなる実施形態によれば、各シートは、第２の部分に沿って流れの方向に対して横方向の波形を有する。
【００４７】
本発明のさらなる実施形態によれば、波形は、連続的である。その結果、急なトランジションはない。
【００４８】
次に、様々な実施形態の記載を通じて、かつ本明細書に添付される図面を参照して本発明がより綿密に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料集合体を通る縦断面図を開示する。
【図２】図１の燃料集合体のフィルタデバイスを通る縦断面図を開示する。
【図３】図２のフィルタデバイスの平面図を開示する。
【図４】本発明の第２の実施形態による燃料集合体のフィルタデバイスを通る縦断面図を開示する。
【図５】本発明の第３の実施形態による燃料集合体のフィルタデバイスを通る縦断面図を開示する。
【図６】本発明の第４の実施形態による燃料集合体の下側部分を通る縦断面図を開示する。
【図７】本発明の第５の実施形態による燃料集合体の下側部分を通る縦断面図を開示する。
【図８】本発明の第６の実施形態による燃料集合体の下側部分を通る縦断面図を開示する。
【図９】本発明の第７の実施形態による燃料集合体のフィルタデバイスを通る縦断面図を開示する。
【図１０】図９におけるフィルタデバイスの平面図を開示する。
【図１１】本発明の第８の実施形態による燃料集合体を通る縦断面図を開示する。
【図１２】本発明の第９の実施形態による燃料集合体の下側部分を通る縦断面図を開示する。
【図１３】本発明の第１０の実施形態による燃料集合体の下側部分を通る縦断面図を開示する。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１〜図３は、水型原子炉、より正確には沸騰水型原子炉ＢＷＲ中に配置されるように構成された燃料集合体１の第１の実施形態を開示する。燃料集合体１は、長く延びた形状を有し、縦軸ｘに沿って上流端１ａと下流端１ｂとの間に延びる。原子炉における燃料集合体１の使用中に、上流端１ａは、燃料集合体１の下端を形成し、下流端１ｂは、上端を形成する。流動空間２が燃料集合体１中で上流端１ａと下流端１ｂとの間に設けられる。
【００５１】
複数の燃料棒３が上流端１ａと下流端１ｂとの間の流動空間２に設けられる。燃料棒３は、スペーサ４を用いて保持される。第１の実施形態では、スペーサ４がいくつかのウォータロッド５へ取り付けられ、それらのうちの２つが図１に示される。
【００５２】
燃料集合体１は、燃料棒３を囲むケーシング６、スペーサ４および流動空間２も備え、流動空間２は、燃料棒３と接触して上流端１ａにおける入口７から下流端１ｂへ流れの方向Ｆに沿って燃料集合体１を通る冷却材の流れを許容するように構成される。
【００５３】
ウォータロッド５が燃料棒３の下方に設けられた底板８へ取り付けられる。
【００５４】
さらに、ウォータロッド５が下流端１ａで上板９へも取り付けられる。上板９は、把手１０を備える。底板８、ウォータロッド５、上板９およびスペーサ４は、把手１０によって持ち上げられ、燃料棒３の重さを載せてよい支持構造を形成する。
【００５５】
燃料集合体１は、トランジションピースとしてしばしば指定される、底部ピース１１も備える。底部ピース１１が上流端１ａへ延びて、冷却材の流れのための入口７を画定する。底部ピース１１は、底板８へ、またはケーシング６へ取り付けられてよい。
【００５６】
燃料集合体１は、冷却材の流れの中のデブリ粒子を捕捉するように構成されたフィルタデバイス１９も備える。フィルタデバイス１９は、上流端１ａと燃料棒３との間に設けられる。第１の実施形態では、フィルタデバイスは、上流端１ａと底板８との間に設けられる。フィルタデバイス２０は、底部ピース１１によって支持されるか、またはそれに取り付けられてよい。
【００５７】
フィルタデバイス１９は、第１のフィルタゾーン２０および第２のフィルタゾーン３０を備える。
【００５８】
第１の実施形態では、第１のフィルタゾーン２０および第２のフィルタゾーン３０は、いずれも上流端１ａと燃料棒３との間の冷却材の流れの中に設けられ、より正確には上流端１ａと底板８との間に設けられる。さらに、第１のフィルタゾーン２０および第２のフィルタゾーン３０は、隣り合わせに設けられる。図３に見られるように、第２のフィルタゾーン３０は、フィルタデバイス１９の中心に位置し、従って、第１のフィルタゾーン２０によって囲まれる。留意すべきは、第２のフィルタゾーン３０がフィルタデバイス１９上のどこにでも、例として、破線で示されるような側端に沿って位置してもよいことである。同様に、第２のフィルタゾーン３０の輪郭の形状が変化してもよいと思われる。
【００５９】
第１のフィルタゾーン２０は、第２のフィルタゾーン３０より大きく、すなわち、第１のフィルタゾーン２０は、フィルタデバイス１９の全面積、またはフィルタデバイス１９のレベルでの流動空間２の全流れの面積の少なくとも主要部をカバーする。第２のフィルタゾーン３０は、フィルタデバイス２９の全面積、またはフィルタデバイス１９のレベルでの流動空間２の全流れの面積の多くても非主要部をカバーする。例として、第２のフィルタゾーン３０は、フィルタデバイス１９の全面積の多くても４０％、３０％、２０％、１０％または５％をカバーしてよい。
【００６０】
図２にさらに明確に見られるように、第１のフィルタゾーン２０は、上流端１ｂの方を向いた流入端２１、下流端１ｂの方を向いた流出端２２、および流入端２１と流出端２２との間に延びる複数の流路２３を備える。第１のフィルタゾーン２０は、冷却材の流れの少なくとも主要部が流入端２１から流出端２２へ流路２３を通して下流端の方へ第１のフィルタゾーン２０を通過するよう導くように配置される。第１のフィルタゾーン２０は、第１のフィルタリング効率を有する。
【００６１】
第２のフィルタゾーン３０は、上流端１ｂの方を向いた流入端３１、下流端１ｂの方を向いた流出端３２、および流入端３１と流出端３２との間に延びる複数の流路３３を備える。第２のフィルタゾーン３０は、冷却材の流れの多くても非主要部が流入端３１から流出端３２へ流路３３を通して下流端１ｂの方へ第２のフィルタゾーン３０を通過するよう導くように配置される。第２のフィルタゾーン２２は、第２のフィルタリング効率を有する。
【００６２】
第２のフィルタリング効率は、第１のフィルタリング効率より高い。第１の実施形態では、異なるフィルタリング効率は、第１の流れの面積を画定する第１のフィルタゾーン２０の流路２３の各々および第２の流れの面積を画定する第２のフィルタゾーン３０の流路３３の各々によって達成され、第２の流れの面積は、第１のフィルタ面積より小さい。言い換えれば、図２に見ることができるように、第２のフィルタゾーン３０の流路３３は、第１のフィルタゾーン２０の流路２３より細い。
【００６３】
第１の実施形態では、第１のフィルタゾーン２０の流路２３は、隣り合わせに配置されて、流れの方向Ｆに沿うように向けられた複数のシート２４によって形成される。第２のフィルタゾーン３０の流路３３も隣り合わせに配置されて、流れの方向Ｆに沿うように向けられた複数のシート３４によって形成される。第１のフィルタゾーン２０の隣接したシート２４は、第２のフィルタゾーン３０の隣接したシート３４より互いに大きい距離をおいて設けられる。
【００６４】
留意すべきは、流路２３、３３が他の仕方で、例として、板中の孔によって構成されてもよいことであり、それらの孔は、流れの方向から見て丸いかまたは細長い形状を有してよい。
【００６５】
図４は、異なるフィルタリング効率がどのように達成されるかに関してのみ第１の実施形態と異なる、第２の実施形態を開示する。第２の実施形態では、第１のフィルタゾーン２０の流路２３の各々が流入端２１から流出端２２への第１の流路長Ｌ２を画定し、第２のフィルタゾーン３０の流路３３の各々が流入端３１から流出端３２への第２の流路長Ｌ３を画定し、第２の流路長Ｌ３は、第１の流路長Ｌ２より長い。
【００６６】
留意すべきは、異なるフィルタリング効率が、第１の実施形態におけるように、変化する流れの面積の組み合わせによって、および第２の実施形態におけるように、変化する流路長の組み合わせによって達成されてよいことである。
【００６７】
図５は、第２のフィルタゾーン３０が第１のフィルタゾーン２０とは異なる幾何学的構成を有する点において第１および第２の実施形態と異なる、第３の実施形態を開示する。第４の実施形態では、第２のフィルタゾーン３０の流路３３が湾曲または屈曲した通路に沿って延びるのに対して、第１のフィルタゾーン２０の流路２３は、真っ直ぐである。第２のフィルタゾーン３０の流路３３は、従って、屈曲したシート３４によって形成されてよい。
【００６８】
図６は、第２のフィルタゾーン３０が流れの方向Ｆに沿って第１のフィルタゾーン２０からある距離をおいて設けられ、より正確には第２のフィルタゾーン３０が第１のフィルタゾーン２０の上流に設けられる点において第１の実施形態と異なる、第４の実施形態を開示する。第３の実施形態では、フィルタデバイス１９は、従って、冷却材の流れ全体を第１のフィルタゾーン２０を通して導くように流動空間２に設けられる。冷却材の流れの非主要部は、第２のフィルタゾーン３０、および第１のフィルタゾーン２０を通して導かれるであろう。
【００６９】
図７は、第２のフィルタゾーン３０が第１のフィルタゾーン２０の下流に設けられる点においてのみ第４の実施形態と異なる、第５の実施形態を開示する。
【００７０】
留意すべきは、図６および図７に示されるフィルタデバイス１９が図２〜図４に示されるフィルタゾーン２０および３０とともに設けられてよいことである。
【００７１】
図８は、第２のフィルタゾーン３０に取り付けられた磁性部材３５を備えるフィルタデバイス１９をもつ、燃料集合体１の第６の実施形態を開示する。磁性部材３５は、第２のフィルタゾーン３０の流路３３を通して流れるデブリ粒子を引き付けるために、第２のフィルタゾーン３０の少なくともいくつかの流路３３上に磁界を作り出すであろう。磁界は、第２のフィルタリング効率を提供するであろう。残りの部分については、第１および第２のフィルタゾーン２０、３０の構成が同一であってよい。
【００７２】
図９および図１０は、第１のフィルタゾーン２０および第２のフィルタゾーン３０の流路２３、３３を形成するシート２４、３４が湾曲した構成を有する、第７の実施形態による燃料集合体のフィルタデバイス１９を開示する。図１０は、フィルタデバイス１９を流れの方向Ｆに沿って流入端２１、３１から見た平面図で示す。
【００７３】
各シート２４、３４は、流入端２１から延びる第１の部分２６、３６、流出端２２から延びる第２の部分２７、３７、および第１の部分２６、３６と第２の部分２７、３７との間に延びる第３の部分２８、３８を備える。
【００７４】
各シート２４、３４は、第１の部分２６、３６に沿って流れの方向Ｆに対して横方向の第１の波形、第２の部分２７、３７に沿って流れの方向Ｆに対して横方向の第２の波形、および第３の部分２８、３８に沿って流れの方向Ｆの第３の波形を有する。波形は、連続的であり、すなわち、急なトランジションはない。
【００７５】
シート２４、３４は、２つの隣接したシート２４、３４間の各流路２３、３３が隣り合わせに配置された複数の流入チャンネルを形成することを許容するために、隣接したシート２４、３４の実質的に各対が、前記波形の、それぞれ、くぼみおよび隆起部で互いに接するような仕方で、第１の部分２６、３６に沿って隣り合わせに配置される。
【００７６】
同じ仕方で、シート２４、３４は、２つの隣接したシート２４、３４間の各流路２３、３３が隣り合わせに配置された複数の流出チャンネルを形成することを許容するために、隣接したシート２４、３４の実質的に各対が、前記波形の、それぞれ、くぼみおよび隆起部で互いに接するような仕方で、第２の部分２７、３７に沿って隣り合わせに配置される。各流入チャンネルは、各流出チャンネルと同じか、または実質的に同じ流れの面積を有してよい。実質的に各流入チャンネルの中心線は、それぞれの対応する流出チャンネルの中心線と同心か、または実質的に同心であってよい。
【００７７】
シート２４、３４は、それぞれ、互いに前記くぼみおよび隆起部へ接続されてよい。シート２４、３４は、従って、シート２４、３４が互いに接するヒューズ溶接またはスポット溶接を用いて互いに接続されてよい。
【００７８】
第１の部分２６、３６の、および第２の部分２７、３７の前記波形の実質的に各波は、最大振幅を有してよく、最大振幅は、第３の部分２８、３８の方向へ連続的に減少する。最大振幅は、第３の部分２８、３８へのトランジションではゼロ、または実質的にゼロであってよい。
【００７９】
第３の部分２８、３８の各流路２３、２４は、２つの隣接したシート間に中間チャンネルを形成する。第３の部分２８、３８に沿ったシートは、流れの方向Ｆに対して横方向をもつ、平行に、または実質的に平行に延びる一部分を少なくとも含んでよい。
【００８０】
第３の部分２８、３８は、中間チャンネル中へ延びる突出部２９、３９を含んでよい。突出部２９、３９は、流れの方向Ｆに対して横方向をもつ、平行に、または実質的に平行に延びる線に沿って配置されてよく、突出部２９、３９の両側にかかる一部分が配置される。
【００８１】
本発明の第１２の実施形態によれば、第２のフィルタゾーン３０の第３の部分３８がかかる突出部３９を有してよいのに対して、第２のフィルタゾーン２０の第３の部分２８は、かかる突出部２９を有さない。従って、突出部３９が第２のフィルタリング効率を提供してよい。
【００８２】
図１１は、水型原子炉中に、より正確には加圧水型原子炉ＰＷＲ中に配置されるように構成された燃料集合体１の第８の実施形態を開示する。
【００８３】
留意すべきは、開示されるすべての実施形態において同様のまたは対応する要素に同じ参照記号が用いられたことである。
【００８４】
第８の実施形態による燃料集合体１も長く延びた形状を有し、縦軸ｘに沿って上流端１ａと下流端１ｂとの間に延びる。原子炉における燃料集合体１の使用中に、上流端１ａは、燃料集合体１の下端を形成し、下流端１ｂは、上端を形成する。流動空間２が上流端１ａと下流端１ｂとの間に設けられる。
【００８５】
複数の燃料棒３が上流端１ａと下流端１ｂとの間の流動空間２に設けられる。燃料棒３は、スペーサ４を用いて保持される。第８の実施形態では、スペーサ４がいくつかの案内管１３へ取り付けられ、それらのうちの２つが図１１に示される。案内管１３は、通常運転中には冷却材を含み、ＰＷＲの運転が中断されることになるときにそれぞれの制御棒を受け入れるように構成される。
【００８６】
ＢＷＲのための燃料集合体１とは対照的に、第８の実施形態による燃料集合体１は、ケーシングを有さないが、燃料棒３と接触して上流端１ａから下流端１ｂへの冷却材の流れのための流動空間２をやはり備える。
【００８７】
案内管１３は、燃料棒３の下方に設けられた底板８へ、そして下流端１ａでは上板９へ取り付けられる。底板８、案内管１３、上板９およびスペーサ４は、燃料棒３の重さを載せる支持構造を形成する。
【００８８】
燃料集合体１は、底部ピース１１も備える。底部ピース１１が上流端１ａへ延びて、冷却材の流れのための入口７を画定する。底部ピース１１は、底板８へ取り付けられてよい。
【００８９】
燃料集合体１は、冷却材の流れの中のデブリ粒子を捕捉するように構成されたフィルタデバイス１９も備える。フィルタデバイス２０は、上流端１ａと燃料棒３との間に設けられる。第８の実施形態では、フィルタデバイス１９が上流端１ａと底板８との間に設けられる。第８の実施形態のフィルタデバイス１９も第１のフィルタゾーン２０および第２のフィルタゾーン３０を備える。
【００９０】
第８の実施形態では、第１のフィルタゾーン２０および第２のフィルタゾーン３０がいずれも上流端１ａと燃料棒３との間、より正確には上流端１ａと底板８との間の冷却材の流れの中に設けられる。さらに、第１のフィルタゾーン２０および第２のフィルタゾーン３０が隣り合わせに設けられる。第１のフィルタゾーン２０は、第２のフィルタゾーン３０より大きく、すなわち、第１のフィルタゾーン２０が流動空間２の全流れの面積の主要部を構成し、第２のフィルタゾーン３０が流動空間２の全流れの面積の非主要部を構成する。
【００９１】
フィルタデバイス１９は、従って、第１の実施形態におけるのと同じ仕方で構成されてよい。特に、第１のフィルタゾーン２０および第２のフィルタゾーン３０は、第２および第３の実施形態におけるように構成されてよい。
【００９２】
図１２は、ＰＷＲの燃料集合体１のためのフィルタデバイス１９を用いた第９の実施形態を開示する。フィルタデバイス１９は、第４の実施形態のフィルタデバイスに対応し、すなわち、第２のフィルタゾーン３０が流れの方向Ｆに沿って第１のフィルタゾーン２０からある距離をおいて設けられ、より正確には、第２のフィルタゾーン３０が第１のフィルタゾーン２０の上流に設けられる。第９の実施形態では、フィルタデバイス１９は、従って、冷却材の流れ全体を第１のフィルタゾーン２０を通して導くように流動空間２に設けられる。冷却材の流れの非主要部が第２のフィルタゾーン３０を通して導かれるであろう。
【００９３】
図１３は、第２のフィルタゾーン３０が第１のフィルタゾーン２０の下流に設けられる点においてのみ第９の実施形態と異なる、第１０の実施形態を開示する。
【００９４】
留意すべきは、ＢＷＲに係わる第１〜第７の実施形態について先に開示されたフィルタデバイス１９のすべての変形がＰＷＲのための燃料集合体にも提供可能なことである。
【００９５】
本発明は、開示された実施形態には限定されず、添付の特許請求の範囲内で変化または変更されてよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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